Transkripsiyon (biyoloji) - Transcription (biology)
Transkripsiyon , bir DNA segmentinin RNA'ya kopyalanması işlemidir. Proteinleri kodlayabilen RNA moleküllerine kopyalanan DNA bölümlerinin haberci RNA (mRNA) ürettiği söylenir . DNA'nın diğer bölümleri, kodlamayan RNA'lar (ncRNA'lar) adı verilen RNA moleküllerine kopyalanır . Belirli bir dokudaki çoklu hücre tipleri üzerinden ortalaması alındığında, mRNA miktarı ncRNA miktarının 10 katından fazladır (ancak özellikle tek hücre tiplerinde ncRNA'lar mRNA'ları aşabilir). Hücrelerdeki mRNA'nın genel üstünlüğü, insan genomunun %2'sinden daha azı mRNA'ya kopyalanabilse bile geçerlidir ( İnsan genomu#Kodlama ve kodlama yapmayan DNA'ya karşı ), memeli genomik DNA'sının en az %80'i aktif olarak kopyalanabilse de ( insan genomu#Kodlama ). bir veya daha fazla hücre türü), bu %80'in çoğunluğu ncRNA olarak kabul edilir.
DNA ve RNA Her ikisi de nükleik asitler kullanarak baz çiftini ve nükleotid bir şekilde tamamlayıcı dil. Transkripsiyon sırasında, bir DNA dizisi, birincil transkript olarak adlandırılan tamamlayıcı, antiparalel bir RNA zinciri üreten bir RNA polimeraz tarafından okunur .
Transkripsiyon aşağıdaki genel adımlarla ilerler:
- RNA polimeraz, bir veya daha fazla genel transkripsiyon faktörü ile birlikte promotör DNA'ya bağlanır .
- RNA polimeraz , DNA sarmalının iki ipliğini ayıran bir transkripsiyon kabarcığı oluşturur . Bu, tamamlayıcı DNA nükleotitleri arasındaki hidrojen bağlarını kırarak yapılır .
- RNA polimeraz, RNA nükleotidlerini (bir DNA zincirinin nükleotidlerine tamamlayıcı olan) ekler .
- Bir RNA zinciri oluşturmak için RNA polimerazın yardımıyla RNA şeker-fosfat omurgası oluşur.
- RNA-DNA sarmalının hidrojen bağları koparak yeni sentezlenen RNA zincirini serbest bırakır.
- Hücrenin bir çekirdeği varsa , RNA daha fazla işlenebilir. Bu poliadenilasyon , kapaklama ve ekleme içerebilir .
- RNA çekirdekte kalabilir veya nükleer gözenek kompleksi yoluyla sitoplazmaya çıkabilir .
DNA'nın uzantısı, bir proteini kodlayan bir RNA molekülüne kopyalanırsa , RNA, haberci RNA (mRNA) olarak adlandırılır ; mRNA, sırayla yoluyla proteinin sentezi için bir şablon olarak hizmet çeviri . DNA'nın diğer uzantıları, mikroRNA , transfer RNA (tRNA), küçük nükleolar RNA (snoRNA), küçük nükleer RNA (snRNA) veya ribozimler olarak adlandırılan enzimatik RNA moleküllerinin yanı sıra daha büyük kodlamayan RNA molekülleri gibi küçük kodlamayan RNA'lara kopyalanabilir. Ribozomal RNA (rRNA) ve uzun kodlamayan RNA (lncRNA) gibi RNA'lar . Genel olarak, RNA proteinlerin sentezlenmesine, düzenlenmesine ve işlenmesine yardımcı olur; bu nedenle hücre içinde işlevlerin yerine getirilmesinde temel bir rol oynar.
Gelen viroloji (RNA kopyalama eşdeğer yani) bir RNA molekülünden mRNA sentezini bahsedilirken terimi transkripsiyon da kullanılabilir. Örneğin, negatif anlamda tek iplikli RNA (ssRNA -) virüsünün genomu , pozitif anlamda tek iplikli RNA (ssRNA +) için bir şablon olabilir. Bunun nedeni, pozitif anlamda iplikçiğin viral replikasyon için gerekli viral proteinleri çevirmek için gereken dizi bilgisini içermesidir . Bu süreç, bir viral RNA replikazı tarafından katalize edilir .
Arka plan
Bir proteini kodlayan bir DNA transkripsiyon ünitesi, hem proteine çevrilecek olan bir kodlama dizisini hem de bu proteinin sentezini yönlendiren ve düzenleyen düzenleyici dizileri içerebilir . Kodlama sekansından önceki (" yukarı akış ") düzenleyici sekansa çevrilmemiş beş asal bölge (5'UTR) olarak adlandırılır; kodlama sekansından sonraki (" aşağı akış ") sekans, üç asal çevrilmemiş bölge (3'UTR) olarak adlandırılır.
DNA replikasyonunun aksine , transkripsiyon , bir DNA tamamlayıcısında timinin (T) meydana geldiği her durumda nükleotid urasili (U) içeren bir RNA tamamlayıcısı ile sonuçlanır .
İki DNA zincirinden sadece biri, transkripsiyon için bir şablon görevi görür. Antisens DNA şerit transkripsiyon (3' → 5' ) sırasında 3' ucundan 5' ucuna doğru RNA polimeraz tarafından okunur. Tamamlayıcı RNA, ters yönde, 5' → 3' yönünde yaratılır ve urasil için timin için anahtarlama dışında, sens zincirinin dizisiyle eşleşir. Bu yönlülük, RNA polimerazın sadece büyüyen mRNA zincirinin 3' ucuna nükleotidler ekleyebilmesinden kaynaklanmaktadır. Yalnızca 3' → 5' DNA zincirinin bu kullanımı, DNA replikasyonunda görülen Okazaki fragmanlarına olan ihtiyacı ortadan kaldırır . Bu aynı zamanda , DNA replikasyonunda olduğu gibi, RNA sentezini başlatmak için bir RNA primerine olan ihtiyacı da ortadan kaldırır .
Olmayan DNA -template (sens) şerit olarak adlandırılır kodlama sarmalı dizisi, (timin için urasil ikamesi hariç), yeni oluşturulan ve RNA transkripti ile aynı olduğu için,. Bu, bir DNA dizisi sunarken geleneksel olarak kullanılan ipliktir.
Transkripsiyonun bazı düzeltme okuma mekanizmaları vardır, ancak bunlar DNA kopyalama kontrollerinden daha az ve daha az etkilidir. Sonuç olarak, transkripsiyon, DNA replikasyonundan daha düşük bir kopyalama doğruluğuna sahiptir.
Ana adımlar
Transkripsiyon başlatma , promotör kaçışı , uzama ve sonlandırma olarak ikiye ayrılır .
Transkripsiyon için ayarlama
Memeli transkripsiyonunda arttırıcılar, transkripsiyon faktörleri, Mediatör kompleksi ve DNA döngüleri
Memelilerde transkripsiyon için hazırlık , genlerin transkripsiyon başlangıç bölgelerinin yakınında bulunan çekirdek promotör ve promotör-proksimal elementler dahil olmak üzere birçok cis düzenleyici element tarafından düzenlenir . Genel transkripsiyon faktörleriyle birleştirilen çekirdek promotörler , transkripsiyonun başlatılmasını yönlendirmek için yeterlidir, ancak genellikle düşük bazal aktiviteye sahiptir. Diğer önemli cis düzenleyici modüller, transkripsiyon başlangıç bölgelerinden uzak DNA bölgelerinde lokalizedir. Bunlara güçlendiriciler , susturucular , yalıtkanlar ve bağlama elemanları dahildir. Bu elementler kümesi arasında, güçlendiriciler ve bunlarla ilişkili transkripsiyon faktörleri , gen transkripsiyonunun başlatılmasında öncü bir role sahiptir. Bir genin promotöründen uzak bir DNA bölgesinde lokalize olan bir güçlendirici, gen transkripsiyonu üzerinde çok büyük bir etkiye sahip olabilir, bazı genler, aktive edilmiş bir güçlendirici nedeniyle 100 kata kadar artan transkripsiyona uğrar.
Arttırıcılar, ana gen düzenleyici elementler olan genom bölgeleridir. Güçlendiriciler, hücre tipine özgü gen transkripsiyon programlarını, çoğunlukla hedef genlerinin promotörleriyle fiziksel yakınlığa gelmek için uzun mesafeler arasında döngü yaparak kontrol eder. Yüzbinlerce güçlendirici DNA bölgesi varken, belirli bir doku tipi için yalnızca spesifik güçlendiriciler, düzenledikleri promotörlerle yakınlaştırılır. Beyin kortikal nöronları üzerinde yapılan bir çalışmada, güçlendiricileri hedef promotörlerine getiren 24.937 döngü bulundu. Her biri hedef genlerinden uzaktaki on veya yüz binlerce nükleotitte bulunan çoklu güçlendiriciler, hedef gen promotörlerine döngü yapar ve ortak hedef genlerinin transkripsiyonunu kontrol etmek için birbirleriyle koordine edebilir.
Bu bölümdeki şematik gösterim, bir hedef genin promotörü ile yakın fiziksel yakınlığa gelmek için etrafında dönen bir güçlendiriciyi göstermektedir. Döngü, bir bağlayıcı proteinin bir dimeri (örneğin CTCF veya YY1 dimeri ) tarafından stabilize edilir, dimerin bir üyesi güçlendirici üzerindeki bağlanma motifine sabitlenir ve diğer üye promotör üzerindeki bağlanma motifine demirlenir (ile temsil edilir). resimde kırmızı zikzaklar). Birkaç hücre fonksiyonuna özel transkripsiyon faktörü (bir insan hücresinde yaklaşık 1.600 transkripsiyon faktörü vardır) genellikle bir güçlendirici üzerindeki spesifik motiflere bağlanır ve bir DNA döngüsü tarafından bir promotöre yaklaştırıldığında bu güçlendiriciye bağlı transkripsiyon faktörlerinin küçük bir kombinasyonu yönetilir. hedef genin transkripsiyon seviyesi. Mediatör (genellikle etkileşimli bir yapıda yaklaşık 26 proteinden oluşan bir kompleks), güçlendirici DNA'ya bağlı transkripsiyon faktörlerinden düzenleyici sinyalleri doğrudan promotöre bağlı RNA polimeraz II (pol II) enzimine iletir.
Güçlendiriciler, aktif olduklarında, genellikle, Şekilde gösterildiği gibi iki güçlendirici RNA (eRNA) üreterek, iki farklı yönde hareket eden RNA polimerazları ile DNA'nın her iki dizisinden kopyalanır. Aktif olmayan bir güçlendirici, aktif olmayan bir transkripsiyon faktörü ile bağlanabilir. Transkripsiyon faktörünün fosforilasyonu onu aktive edebilir ve aktive edilmiş transkripsiyon faktörü daha sonra bağlı olduğu güçlendiriciyi aktive edebilir (resimde güçlendiriciye bağlı transkripsiyon faktörünün fosforilasyonunu temsil eden küçük kırmızı yıldıza bakın). Aktive edilmiş bir güçlendirici, hedef geninden haberci RNA'nın transkripsiyonunu aktive etmeden önce RNA'sının transkripsiyonuna başlar.
CpG adası metilasyonu ve demetilasyonu
Promotörlerin yaklaşık %60'ındaki transkripsiyon düzenlemesi, CpG dinükleotidleri içindeki sitozinlerin metilasyonuyla da kontrol edilir (5' sitozini 3' guanin veya CpG bölgeleri takip eder ). 5-metilsitozin (5-mC), DNA baz sitozinin metillenmiş bir formudur (bkz. Şekil). 5-mC, ağırlıklı olarak CpG sitelerinde bulunan bir epigenetik belirteçtir. İnsan genomunda yaklaşık 28 milyon CpG dinükleotidi bulunur. Memelilerin çoğu dokusunda, ortalama olarak, CpG sitozinlerinin %70 ila %80'i metillenir (5-metilCpG veya 5-mCpG oluşturur). 5'sitosin-guanin 3' dizileri içindeki metillenmiş sitozinler, genellikle CpG adacıkları adı verilen gruplar halinde ortaya çıkar . Promotör dizilerinin yaklaşık %60'ı bir CpG adasına sahipken, arttırıcı dizilerin sadece yaklaşık %6'sı bir CpG adasına sahiptir. CpG adaları düzenleyici dizileri oluşturur, çünkü CpG adaları bir genin promotöründe metillenirse, bu gen transkripsiyonunu azaltabilir veya susturabilir.
DNA metilasyonu, MeCP2, MBD1 ve MBD2 gibi metil bağlama alanı (MBD) proteinleri ile etkileşim yoluyla gen transkripsiyonunu düzenler. Bu MBD proteinleri en güçlü şekilde yüksek oranda metillenmiş CpG adalarına bağlanır . Bu MBD proteinleri hem bir metil-CpG bağlama alanına hem de bir transkripsiyon baskılama alanına sahiptir. Metillenmiş DNA'ya bağlanırlar ve kromatin yeniden modelleme ve/veya histon modifiye edici aktivite ile protein komplekslerini metillenmiş CpG adalarına yönlendirir veya yönlendirirler. MBD proteinleri genellikle, baskılayıcı histon işaretlerinin girişini katalize ederek veya nükleozom yeniden şekillenmesi ve kromatin yeniden düzenlenmesi yoluyla genel bir baskılayıcı kromatin ortamı yaratarak olduğu gibi yerel kromatini bastırır.
Önceki bölümde belirtildiği gibi, transkripsiyon faktörleri , bir genin ekspresyonunu düzenlemek için spesifik DNA dizilerine bağlanan proteinlerdir. DNA'daki bir transkripsiyon faktörü için bağlanma dizisi genellikle yaklaşık 10 veya 11 nükleotit uzunluğundadır. 2009'da özetlendiği gibi, Vaquerizas ve ark. tüm insan protein kodlayan genlerin yaklaşık %6'sını oluşturan genler tarafından insan genomunda kodlanan yaklaşık 1.400 farklı transkripsiyon faktörü olduğunu göstermiştir. Sinyale yanıt veren genlerle ilişkili transkripsiyon faktörü bağlama bölgelerinin (TFBS'ler) yaklaşık %94'ü güçlendiricilerde meydana gelirken, bu tür TFBS'lerin yalnızca yaklaşık %6'sı promotörlerde meydana gelir.
EGR1 proteini, CpG adalarının metilasyonunun düzenlenmesi için önemli olan özel bir transkripsiyon faktörüdür. Bir EGR1 transkripsiyon faktörü bağlama bölgesi sıklıkla güçlendirici veya hızlandırıcı dizilerde bulunur. Memeli genomunda EGR1 için yaklaşık 12.000 bağlanma bölgesi vardır ve EGR1 bağlanma bölgelerinin yaklaşık yarısı promotörlerde ve yarısı da arttırıcılarda bulunur. EGR1'in hedef DNA bağlanma bölgesine bağlanması, DNA'daki sitozin metilasyonuna karşı duyarsızdır.
Uyarılmamış hücrelerde sadece küçük miktarlarda EGR1 transkripsiyon faktörü proteini saptanabilirken, uyarımdan bir saat sonra EGR1 geninin proteine çevrilmesi büyük ölçüde yükselir. EGR1 transkripsiyon faktörü proteinlerinin çeşitli hücre tiplerinde ekspresyonu, büyüme faktörleri, nörotransmiterler, hormonlar, stres ve yaralanma ile uyarılabilir. Beyinde, nöronlar aktive edildiğinde, EGR1 proteinleri yukarı regüle edilir ve nöronlarda yüksek oranda eksprese edilen önceden var olan TET1 enzimlerine bağlanır ( toplanır) . TET enzimleri , 5-metilsitozinin demetilasyonunu katalize edebilir. EGR1 transkripsiyon faktörleri, TET1 enzimlerini promotörlerdeki EGR1 bağlanma bölgelerine getirdiğinde, TET enzimleri , bu promotörlerdeki metillenmiş CpG adalarını demetile edebilir . Demetilasyon üzerine, bu promotörler daha sonra hedef genlerinin transkripsiyonunu başlatabilir. Nöronlardaki yüzlerce gen, TET1'in promotörlerinde metillenmiş düzenleyici dizilere EGR1 alımı yoluyla nöron aktivasyonundan sonra farklı şekilde eksprese edilir.
Promotörlerin metilasyonu da sinyallere yanıt olarak değişir. Üç memeli DNA metiltransferazı (DNMT1, DNMT3A ve DNMT3B), DNA'daki sitozinlere metil gruplarının eklenmesini katalize eder. DNMT1 bir "bakım" metiltransferaz iken, DNMT3A ve DNMT3B yeni metilasyonlar gerçekleştirebilir. DNMT3A geninden üretilen iki ek protein izoformu da vardır : DNA metiltransferaz proteinleri DNMT3A1 ve DNMT3A2.
Ekleme izoformu DNMT3A2, klasik bir anında-erken genin ürünü gibi davranır ve örneğin, nöronal aktivasyondan sonra sağlam ve geçici olarak üretilir. DNA metiltransferaz izoformu DNMT3A2'nin sitozinlere bağlandığı ve metil grupları eklediği durumlarda, histon translasyon sonrası modifikasyonlar tarafından belirleniyor gibi görünmektedir.
Öte yandan, nöral aktivasyon, değerlendirilen en az bir hedeflenen promotörün azaltılmış metilasyonu ile birlikte DNMT3A1'in bozulmasına neden olur.
başlatma
Transkripsiyon, bir veya daha fazla genel transkripsiyon faktörü ile birlikte RNA polimerazın, bir RNA polimeraz-destekleyici "kapalı kompleks" oluşturmak üzere " promotör " olarak adlandırılan spesifik bir DNA dizisine bağlanmasıyla başlar . "Kapalı kompleks"te, promotör DNA hala tamamen çift sarmallıdır.
Bir veya daha fazla genel transkripsiyon faktörü tarafından desteklenen RNA polimeraz, daha sonra bir RNA polimeraz destekleyici "açık kompleks" oluşturmak için yaklaşık 14 baz DNA çiftini çözer. "Açık kompleks"te, promotör DNA kısmen çözülür ve tek sarmallıdır. Açıkta kalan tek iplikli DNA'ya "transkripsiyon balonu" denir.
Bir veya daha fazla genel transkripsiyon faktörü tarafından desteklenen RNA polimeraz, daha sonra transkripsiyon balonunda bir transkripsiyon başlangıç bölgesi seçer , transkripsiyon başlangıç bölgesi dizisini tamamlayıcı bir başlatıcı NTP'ye ve uzanan bir NTP'ye (veya kısa bir RNA primeri ve uzanan bir NTP'ye) bağlanır. ve bir başlangıç RNA ürünü elde etmek için bağ oluşumunu katalize eder.
İçinde bakteri , RNA polimeraz holoenzimin 2 α alt birimleri, 1 β alt birimi, 1 β' alt ünitesinden ve 1 ω alt birimi beş alt birimin oluşur. Bakterilerde, sigma faktörü olarak bilinen genel bir RNA transkripsiyon faktörü vardır . RNA polimeraz çekirdek enzimi, RNA polimeraz holoenzim oluşturmak için bakteriyel genel transkripsiyon (sigma) faktörüne bağlanır ve ardından bir promotöre bağlanır. (RNA polimeraz, sadece 2 α alt birimi, 1 β alt birimi, yalnızca 1 β' alt biriminden oluşan çekirdek enzime sigma alt birimi eklendiğinde bir holoenzim olarak adlandırılır). Ökaryotlardan farklı olarak, yeni oluşan bakteriyel mRNA'nın başlatıcı nükleotidi, modifiye edilmiş bir guanin nükleotidi ile kapatılmamıştır. Bakteri transkriptlerinin başlatıcı nükleotidi, transkripsiyon başlatma bölgelerinin genom çapında haritalanması için kullanılabilen bir 5' trifosfat (5'-PPP) taşır.
Gelen arkeler ve ökaryotlarda , RNA polimeraz alt birimin ihtiva etmektedir homolog bakteri beş RNA polimeraz alt birimlerinin her biri ve aynı zamanda ek alt birimin ihtiva etmektedir. Arkea ve ökaryotlarda, bakteriyel genel transkripsiyon faktörü sigmasının işlevleri, birlikte çalışan çoklu genel transkripsiyon faktörleri tarafından gerçekleştirilir. Archaea'da üç genel transkripsiyon faktörü vardır: TBP , TFB ve TFE . Ökaryotlarda, içinde RNA II Polimeraz bağımlı transkripsiyonunu altı genel transkripsiyon faktörleri bulunmaktadır: TFIIA , TFHD (bir ortologu arke tfb arasında), TFIID , (a çok alt faktör, önemli alt-birimi, TBP , bir bir ortologu arke TBP), TFIIE ( arkeal TFE'nin bir ortologu ), TFIIF ve TFIIH . TFIID, TBP'nin bağlanması nedeniyle DNA'ya bağlanan ilk bileşendir, TFIIH ise alınacak son bileşendir. Arkea ve ökaryotlarda, RNA polimeraz-destekleyici kapalı kompleksi genellikle "ön başlatma kompleksi " olarak adlandırılır .
Transkripsiyon başlatma, aktivatörler ve baskılayıcılar olarak bilinen ek proteinler ve bazı durumlarda, transkripsiyon başlatma kompleksinin oluşumunu ve işlevini modüle eden ilişkili yardımcı aktifleştiriciler veya koruyucular tarafından düzenlenir.
organizatör kaçış
İlk bağ sentezlendikten sonra, RNA polimeraz promotörden kaçmalıdır. Bu süre boyunca RNA transkriptini serbest bırakma ve kesilmiş transkriptler üretme eğilimi vardır. Buna abortif başlatma denir ve hem ökaryotlar hem de prokaryotlar için ortaktır. Abortif başlatma, yaklaşık 10 nükleotidlik bir eşik uzunluğuna sahip bir RNA ürünü sentezlenene kadar devam eder, bu noktada promotör kaçışı meydana gelir ve bir transkripsiyon uzama kompleksi oluşur.
Mekanik olarak, promotör kaçışı, RNA polimeraz holoenzim ve promotör arasındaki etkileşimleri kırmak için gereken enerjiyi sağlayan, DNA ezme yoluyla gerçekleşir .
Bakterilerde, tarihsel olarak, sigma faktörünün , promotör klirensi gerçekleştikten sonra kesinlikle serbest bırakıldığı düşünülmüştür . Bu teori, zorunlu serbest bırakma modeli olarak biliniyordu . Bununla birlikte, daha sonraki veriler, promotör açıklığının ardından ve sonrasında, sigma faktörünün, stokastik salım modeli olarak bilinen stokastik bir modele göre serbest bırakıldığını gösterdi .
Ökaryotlarda, bir RNA polimeraz II'ye bağımlı promotörde, promotör temizlenmesi üzerine, TFIIH, RNA polimeraz II'nin karboksi terminal alanı üzerindeki serin 5'i fosforile ederek, kapatma enziminin (CE) işe alınmasına yol açar. CE'nin ökaryotlarda promotör klirensini nasıl indüklediğinin kesin mekanizması henüz bilinmemektedir.
Uzama
DNA'nın bir ipliği , şablon iplik (veya kodlamayan iplik), RNA sentezi için bir şablon olarak kullanılır. Transkripsiyon ilerledikçe, RNA polimeraz şablon zincirini çaprazlar ve bir RNA kopyası oluşturmak için DNA şablonuyla baz eşleştirme tamamlayıcılığını kullanır (bu, geçiş sırasında uzar). RNA polimeraz şablon zinciri 3' → 5' arasında çaprazlamasına rağmen, kodlayıcı (şablon olmayan) iplik ve yeni oluşturulan RNA da referans noktaları olarak kullanılabilir, bu nedenle transkripsiyon 5' → 3' olarak tanımlanabilir. Bu 5' → 3' , haricinde kodlayıcı bir soyun bir tam kopyası (bir RNA molekülünü üreten timinlerin ile değiştirilir urasillere ve nükleotidler, DNA deoksiriboz sahip bir riboz (5-karbon) şeker oluşan (bir daha az oksijen atom) şeker-fosfat omurgasında).
mRNA transkripsiyonu, tek bir DNA şablonu üzerinde çoklu RNA polimerazları ve çoklu transkripsiyon turlarını (belirli mRNA'nın amplifikasyonu) içerebilir, bu nedenle birçok mRNA molekülü, bir genin tek bir kopyasından hızla üretilebilir. Prokaryotlarda ve ökaryotlarda karakteristik uzama oranları yaklaşık 10-100 nts/sn'dir. Ancak ökaryotlarda, nükleozomlar , transkripsiyon uzaması sırasında polimerazların transkripsiyonu için ana engeller olarak hareket eder. Bu organizmalarda, nükleozomlar tarafından indüklenen duraklama, TFIIS gibi transkripsiyon uzama faktörleri tarafından düzenlenebilir.
Uzama, yanlış birleştirilmiş bazların yerini alabilen bir düzeltme okuma mekanizmasını da içerir. Ökaryotlarda bu, transkripsiyon sırasında uygun RNA düzenleme faktörlerinin bağlanmasına izin veren kısa duraklamalara karşılık gelebilir. Bu duraklamalar, RNA polimeraza özgü veya kromatin yapısından dolayı olabilir.
Sonlandırma
Bakteriler, transkripsiyon sonlandırması için iki farklı strateji kullanır – Rho'dan bağımsız sonlandırma ve Rho'ya bağlı sonlandırma. Olarak Rho-bağımsız transkripsiyon sonlandırma yeni sentezlenen RNA molekülü formları GC açısından zengin bir zaman RNA transkripsiyon durur firkete şeklinde halka Us bir çalışma takip eder. Firkete oluştuğunda, mekanik stres zayıf rU-dA bağlarını kırar ve şimdi DNA-RNA hibridini doldurur. Bu, poli-U transkriptini RNA polimerazın aktif bölgesinden çekerek transkripsiyonu sonlandırır. "Rho-bağımlı" tip sonlandırmada, " Rho " adı verilen bir protein faktörü , şablon ve mRNA arasındaki etkileşimi dengesizleştirir, böylece yeni sentezlenen mRNA'yı uzama kompleksinden serbest bırakır.
Ökaryotlarda transkripsiyon sonlandırma, bakterilerde olduğundan daha az anlaşılmıştır, ancak yeni transkriptin bölünmesini ve ardından poliadenilasyon adı verilen bir işlemde yeni 3' ucunda şablondan bağımsız adeninlerin eklenmesini içerir .
RNA Polimerazının RNA'daki Transkripsiyon Sonrası Değişikliklerdeki Rolü
RNA polimeraz, RNA'daki transkripsiyon sonrası değişiklikler de dahil olmak üzere tüm adımlarda çok önemli bir rol oynar.
Sağdaki resimde gösterildiği gibi, CTD'nin (C Terminal Domain) şeklini değiştiren bir kuyruk olduğu açıktır; bu kuyruk , soldaki resimde gösterildiği gibi , ekleme, kapatma ve poliadenilasyon taşıyıcısı olarak kullanılacaktır .
inhibitörleri
Transkripsiyon inhibitörleri, örneğin patojenik bakterilere ( antibakteriyeller ) ve mantarlara ( antifungaller ) karşı antibiyotik olarak kullanılabilir . Böyle bir antibakteriyelin bir örneği , beta-alt birimini bağlayarak DNA'ya bağımlı RNA polimerazı inhibe ederek DNA'nın mRNA'ya bakteriyel transkripsiyonunu inhibe eden rifampisin iken, 8-hidroksikinolin bir antifungal transkripsiyon inhibitörüdür. Histon metilasyonunun etkileri , transkripsiyonun etkisini engellemek için de işe yarayabilir. Genel transkripsiyon faktörü TFIIH'nin XPB alt biriminin inhibisyonu yoluyla memeli transkripsiyonunu inhibe eden triptolid gibi güçlü, biyoaktif doğal ürünler, yakın zamanda, artan glikoz taşıyıcı ekspresyonu ile hipoksik kanser hücrelerini hedeflemek için bir glikoz konjugatı olarak rapor edilmiştir.
endojen inhibitörler
Omurgalılarda, gen promotörlerinin çoğu, çok sayıda CpG bölgesi olan bir CpG adası içerir . Bir genin promotör CpG bölgelerinin çoğu metillendiğinde , gen inhibe olur (susturulur). Kolorektal kanserler tipik olarak 3 ila 6 sürücü mutasyonuna ve 33 ila 66 otostopçu veya yolcu mutasyonuna sahiptir. Bununla birlikte, transkripsiyonel inhibisyon (susturma), kansere ilerlemeye neden olmada mutasyondan daha önemli olabilir. Örneğin, kolorektal kanserlerde yaklaşık 600 ila 800 gen, CpG adası metilasyonu tarafından transkripsiyonel olarak inhibe edilir (bakınız kanserde transkripsiyonun düzenlenmesi ). Kanserde transkripsiyonel baskı , mikroRNA'ların değiştirilmiş ekspresyonu gibi diğer epigenetik mekanizmalar tarafından da meydana gelebilir . Meme kanserinde, BRCA1'in transkripsiyonel baskısı , BRCA1 promotörünün hipermetilasyonundan ziyade aşırı eksprese edilen mikroRNA-182 tarafından daha sık meydana gelebilir (bkz . Göğüs ve yumurtalık kanserlerinde BRCA1'in düşük ekspresyonu ).
Transkripsiyon fabrikaları
Aktif transkripsiyon birimleri, çekirdekte, transkripsiyon fabrikaları veya ökromatin adı verilen ayrı yerlerde kümelenir . Bu tür siteler, bağlı polimerazların transkriptlerini etiketli öncülerde (Br-UTP veya Br-U) genişletmesine izin vererek ve etiketli yeni oluşan RNA'yı immüno-etiketleyerek görselleştirilebilir. Transkripsiyon fabrikaları ayrıca floresan in situ hibridizasyon kullanılarak lokalize edilebilir veya polimerazlara karşı yönlendirilen antikorlarla işaretlenebilir. Bir HeLa hücresinin nükleoplazmasında ~8.000 polimeraz II fabrikası ve ~2.000 polimeraz III fabrikası olmak üzere ~10.000 fabrika vardır . Her polimeraz II fabrikası ~8 polimeraz içerir. Çoğu aktif transkripsiyon birimi yalnızca bir polimeraz ile ilişkili olduğundan, her fabrika genellikle ~8 farklı transkripsiyon birimi içerir. Bu birimler, faktör etrafında bir "bulut" oluşturan döngülerle, destekleyiciler ve/veya geliştiriciler aracılığıyla ilişkilendirilebilir.
Tarih
Genetik materyalin bir protein olarak gerçekleşmesini sağlayan bir molekül ilk olarak François Jacob ve Jacques Monod tarafından varsayılmıştır . Severo Ochoa , genetik kodu kırmak için yararlı olan polinükleotid fosforilaz ile RNA'yı in vitro sentezlemek için bir süreç geliştirdiği için 1959'da Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü'nü kazandı . RNA polimeraz ile RNA sentezi 1965'te birkaç laboratuvar tarafından in vitro olarak kurulmuştur ; bununla birlikte, bu enzimler tarafından sentezlenen RNA, transkripsiyonu doğru bir şekilde sonlandırmak için gereken ek bir faktörün varlığını düşündüren özelliklere sahipti.
1972'de Walter Fiers , sonlandırıcı enzimin varlığını gerçekten kanıtlayan ilk kişi oldu.
Roger D. Kornberg , " ökaryotik transkripsiyonun moleküler temeli üzerine yaptığı çalışmalar nedeniyle" 2006 Nobel Kimya Ödülü'nü kazandı .
Ölçme ve algılama
Transkripsiyon çeşitli şekillerde ölçülebilir ve tespit edilebilir:
- G-Less Kaset transkripsiyon testi: promotör gücünü ölçer
- Run-off transkripsiyon testi: transkripsiyon başlangıç bölgelerini (TSS) tanımlar
- Nükleer deneme testi: yeni oluşturulmuş transkriptlerin göreceli bolluğunu ölçer
- KAS-seq : RNA polimerazlar tarafından üretilen tek iplikli DNA'yı ölçer; 1.000 hücre ile çalışabilir.
- RNaz koruma deneyi ve ChIP-Chip ait rnap : Aktif transkripsiyon siteleri tespit
- RT-PCR : transkripsiyon oranlarından farklı olabilen toplam veya nükleer RNA seviyelerinin mutlak bolluğunu ölçer
- DNA mikrodizileri : küresel toplam veya nükleer RNA düzeylerinin göreceli bolluğunu ölçer; ancak bunlar transkripsiyon oranlarından farklı olabilir
- In situ hibridizasyon : bir transkriptin varlığını tespit eder
- MS2 etiketlemesi : MS2 gibi RNA kök döngülerini bir gene dahil ederek, bunlar yeni sentezlenmiş RNA'ya dahil edilir. Kök halkalar daha sonra, MS2 gövde halkaları ile yüksek afiniteli, diziye özgü etkileşime sahip olan bir GFP ve MS2 kaplama proteini füzyonu kullanılarak saptanabilir. GFP'nin transkripsiyon bölgesine alınması, tek bir floresan nokta olarak görselleştirilir. Bu yeni yaklaşım, transkripsiyonun süreksiz patlamalarda veya darbelerde meydana geldiğini ortaya çıkarmıştır (bkz. Transkripsiyonel patlama ). Yerinde tekniklerin dikkate değer istisnası dışında, diğer yöntemlerin çoğu hücre popülasyonu ortalamaları sağlar ve genlerin bu temel özelliğini tespit edemez.
- Northern blot : geleneksel yöntem ve RNA-Seq'in ortaya çıkışına kadar , en kantitatif
- RNA-Seq : RNA'nın nispi bolluğunun ölçülmesinin yanı sıra füzyon genleri, transkripsiyon sonrası düzenlemeler ve yeni ekleme bölgeleri gibi ek varyasyonların saptanmasına izin veren tüm transkriptomları sıralamak için yeni nesil sıralama tekniklerini uygular
- Tek hücreli RNA-Seq : izole edilmiş hücrelerden kısmi transkriptomları yükseltir ve okur, dokularda, embriyolarda ve kanserlerde RNA'nın ayrıntılı analizlerine izin verir
Ters transkripsiyon
Bazı virüsler ( AIDS'in nedeni olan HIV gibi ), RNA'yı DNA'ya kopyalama yeteneğine sahiptir. HIV, DNA'ya ters kopyalanan bir RNA genomuna sahiptir . Elde edilen DNA, konak hücrenin DNA genomu ile birleştirilebilir. Bir RNA şablonundan DNA sentezinden sorumlu ana enzime ters transkriptaz denir .
HIV durumunda, ters transkriptaz, viral RNA genomuna tamamlayıcı bir DNA zincirinin (cDNA) sentezlenmesinden sorumludur . Ribonükleaz H enzimi daha sonra RNA zincirini sindirir ve ters transkriptaz, bir çift sarmal DNA yapısı ("cDNA") oluşturmak için tamamlayıcı bir DNA zincirini sentezler. cDNA, konak hücrenin yeni viral partiküller halinde yeniden birleşen viral proteinler üretmesine neden olan enzim integraz tarafından konak hücrenin genomuna entegre edilir . HIV, bu daha sonra, bir ev sahibi hücre uğrar hücre ölümü veya programlı apoptoz arasında T hücreleri . Bununla birlikte, diğer retrovirüslerde, virüs hücreden dışarı tomurcuklanırken konakçı hücre bozulmadan kalır.
Bazı ökaryotik hücreler, telomeraz adı verilen ters transkripsiyon aktivitesine sahip bir enzim içerir . Telomeraz, lineer kromozomların uçlarını uzatan bir ters transkriptazdır. Telomeraz, tekrar eden bir DNA dizisini veya "çöp" DNA'yı sentezlediği bir RNA şablonu taşır. Bu tekrarlanan DNA dizisine telomer denir ve bir kromozom için bir "başlık" olarak düşünülebilir. Bu önemlidir, çünkü bir lineer kromozom her kopyalandığında kısaltılır. Kromozomların uçlarındaki bu "çöp" DNA veya "başlık" ile, kısaltma, kromozom ucundan daha uzakta olan protein kodlayan DNA dizisi yerine, gerekli olmayan, tekrarlanan dizilerin bir kısmını ortadan kaldırır.
Telomeraz, kanser hücrelerinin önemli protein kodlayan DNA dizisini kaybetmeden genomlarını süresiz olarak çoğaltmasını sağlamak için kanser hücrelerinde sıklıkla aktive edilir. Telomeraz aktivasyonu, kanser hücrelerinin ölümsüz olmasını sağlayan sürecin bir parçası olabilir . Telomeraz nedeniyle telomer uzatma yoluyla kanseri ölümsüzleştirme faktörünün, in vivo olarak tüm kanserojen tümörlerin %90'ında meydana geldiği ve kalan %10'unun ALT veya Alternatif Telomer Uzatma adı verilen alternatif bir telomer bakım yolu kullanılarak gerçekleştiği kanıtlanmıştır .
Ayrıca bakınız
- Hayat
- Hücre Biyolojisi)
- Hücre bölünmesi
- gen
- gen düzenlemesi
- gen ifadesi
- epigenetik
- Genetik şifre
- Crick'in transkripsiyon ürününün, mRNA'nın polipeptitler oluşturmak üzere çevrildiği ve ters işlemlerin asla gerçekleşmediğinin iddia edildiği merkezi dogması
- gen regülasyonu
- Uzun kodlamayan RNA
- mRNA'yı yanlış anlama
- Ekleme - kaldırma işlemi intron ön-madde bir haberci RNA'ya ( pre-mRNA ) mesajcı RNA yapmak için ( mRNA )
- transkriptomik
- Tercüme (biyoloji)
Referanslar
Dış bağlantılar
- Transkripsiyon başlatmanın etkileşimli Java simülasyonu. Arşivlenen en 2011-07-22 Wayback Machine Gönderen Yaşam Modelleri Merkezi Niels Bohr Enstitüsü'nde.
- Transkripsiyon girişiminin etkileşimli Java simülasyonu - bakteriyel virüste bir promotör baskınlığı oyunu. Gönderen Hayat Modelleri Merkezi Niels Bohr Enstitüsü'nde.
- Sanal Hücre Animasyon Koleksiyonu, Transkripsiyonla Tanışın